Computing
Hoe supergeleidend 3D‑printen de kwantumcomputing vooruit helpt
Voeg Securities.io toe aan je voorkeursbronnen op Google
Nanoscale Manufacturing: De toekomst bouwen atoom voor atoom
Naarmate wetenschappers steeds meer beheersing over de materiële wereld ontwikkelden, wordt er steeds meer precisie verwacht van ons productieproces. Van het ruwe smeden van metaal in smederijen, tot het nu beheersen van individuele atomen om geavanceerde sensoren, transistoren, enz. te vormen.
Een ander gevolg van dit toenemende controle‑niveau is de mogelijkheid om de eigenschappen van een materiaal fundamenteel te veranderen. We zijn nu bekend met hoe een dunne laag silicium kan worden omgevormd tot een “denkende” computerchip.
Andere veranderingen zijn mogelijk, met name het geven van materialen natuurlijke kenmerken die ze in de natuur nooit spontaan zouden hebben. Eén manier om dit te doen is door hun structuur op nanoschaal te wijzigen.
Wetenschappers van het Max Planck Instituut (Duitsland), het Institute for Emerging Electronic Technologies (Duitsland) en de Universiteit van Wenen (Oostenrijk) hebben ontdekt dat ze een materiaal tot supergeleider kunnen maken door de 3D‑configuratie te wijzigen en complexe nanostructuren te bouwen.
Ze kondigden hun ontdekking aan in Advanced Function Material1, onder de titel “Herconfigureerbare Drie‑dimensionale Supergeleidend Nano‑architecturen”.
Waarom 3D‑nanostructuren de sleutel zijn tot het doorbreken van 2D‑technologielimieten
Veel nanoschaalsystemen worden ontworpen als eenvoudige 2D‑vellen, waardoor wetenschappers ze nauwkeurig kunnen manipuleren.
Echter, de uitbreiding naar drie dimensies biedt een kans om fundamentele beperkingen te overwinnen en nieuwe functionaliteiten te realiseren.
Bijvoorbeeld, beperkingen in de miniaturisatie van halfgeleiders hebben ertoe geleid dat 2D‑apparaten de wet van Moore niet meer volgen. In plaats daarvan is de industrie overgestapt op 3D‑gestapelde CMOS voor een hogere apparaatdichtheid en interconnectiviteit.
Evenzo bieden 3D‑metamaterialen in de optica nieuwe controle over de eigenschappen van licht, zoals breedbandpolarisatie of negatieve brekingsindices, elk met hun eigen brede toepassingsmogelijkheden.
Hetzelfde geldt nu voor geleiders en supergeleiders, met de ontwikkeling van een proces dat werkt als een 3D‑nanoprinter, die structuren bouwt niet op een vlak oppervlak maar in 3D.
Kwantumeffecten in 3D‑supergeleiderstructuren
Kwantum‑deeltjesfysica‑theorieën hebben al voorspeld dat 3D‑structuren zich heel anders zouden gedragen dan 2D‑structuren. Dit geldt vooral voor supergeleiders, materialen zonder enige elektrische weerstand, waarbij verwacht werd dat 3D‑structuren lokale controle over supergeleidend vortexen mogelijk maken.
De ontdekking van dit type “magnetisch vortex” werd in 2003 bekroond met de Nobelprijs voor Natuurkunde, een cruciale doorbraak in het verklaren van hoe supergeleiding werkt.
Bron: Nobel Prize
3D‑structurering van supergeleidend materiaal zou ook geheel nieuwe kwantumfenomenen moeten creëren (zoals de “nodale toestand in een supergeleidend Möbius‑lint”), die onderzoekers vervolgens kunnen gebruiken om praktische toepassingen te ontwikkelen.
Hoe wetenschappers een 3D‑nanoprinter voor supergeleiders bouwden
De onderzoekers gebruikten 3D gefocuste elektronenstraal‑geïnduceerde depositie (3D FEBID), een bekende methode voor het bouwen van 3D‑nanostructuren die tot nu toe niet voor supergeleidend materiaal is toegepast.
Ze bouwden een piramide‑vormige structuur met 4 nanoscopische filamenten die elkaar ondersteunen. Deze is gemaakt van supergeleidend wolfraamcarbide (W‑C).
Vervolgens bevestigden ze dat de structuur een scherpe supergeleidingstransitie vertoont rond 5 K (-268 °C / -450 °F).
Daarna maten ze dat de vortexen zich langs de structuur kunnen voortbewegen in een 3D‑beweging, wat leidt tot een langeafstandsoverdracht van informatie en spanning. De 3D‑structuur reguleerde ook de vorm van de vortexen.
Herconfigureerbare supergeleiding met magnetische velden
Door de richting van een magnetisch veld te veranderen, kon de supergeleidingseigenschap in wezen naar wens in- en uitgeschakeld worden, dankzij de vorm van de vortexen.
Dit maakte de creatie mogelijk van een volledig supergeleidend (SC) 3D‑structuur, slechts half supergeleidend, of volledig met normale elektrische weerstand (N).
De mogelijkheid om verschillende supergeleidingstoestanden binnen de structuur te creëren wordt interessanter naarmate deze 3D‑structuren in serie kunnen worden gebouwd en aan elkaar gekoppeld, met behulp van een systeem genaamd Josephson‑zwakke koppelingen.
“We ontdekten dat het mogelijk is om de supergeleidingstoestand in verschillende delen van de driedimensionale nanostructuur in- en uit te schakelen, simpelweg door de structuur in een magnetisch veld te roteren.
Op deze manier konden we een “herconfigureerbaar” supergeleidend apparaat realiseren!
Dit opent de weg naar het bouwen van complexe supergeleidend assemblages van individuele subcomponenten, zoals nanoscopische zwevende bruggen.
Hoe 3D‑supergeleiders sensoren en kwantumchips kunnen revolutioneren
Hoewel het buitengewoon indrukwekkend is, kan het in eerste instantie onduidelijk zijn hoe deze beheersing van nanoschaal‑3D‑printen van supergeleidend materiaal kan worden ingezet voor toepassingen in de echte wereld.
Ten eerste is al bekend dat de Josephson‑zwakke koppelingen kunnen worden gebruikt om ultrasensitieve magnetische veldsensoren te creëren. Voorheen moest een dergelijk systeem worden geïntegreerd in het ontwerp van de 2D‑dunne film en vooraf worden bepaald. Met dit herconfigureerbare systeem biedt de 3D‑structuur een inherente voordeel: veel preciezere en beter regelbare metingen kunnen worden ingezet.
Een ander gebied dat hiervan profiteert, is supergeleider‑gebaseerde computing, inclusief energie‑efficiënte neuromorfe systemen en kwantumcomputing. De verhoogde interconnectiviteit en complexiteit die 3D‑geometrieën bieden, zouden moeten helpen bij het creëren van complexere en krachtigere rekenchips voor deze systemen.
Uiteindelijk zou dit de bouwstenen kunnen vormen van multi‑terminal 3D‑junctions en onderling verbonden arrays van herconfigureerbare zwakke koppelingen. Samen zouden deze de manier waarop een kwantumcomputer kan worden gebouwd radicaal moeten veranderen, voorbij de huidige 2D‑systemen. Ze zouden ook veel flexibeler moeten zijn, aangezien de hardware zelf kan worden hergeconfigureerd.
Investeren in supergeleidingsoplossingen
American Superconductor Corporation: Investeren in supergeleiding in de echte wereld
AMSC Prijsgrafiek
AMSC is een bedrijf dat energieoplossingen levert voor het elektriciteitsnet, schepen en windenergie. Over het algemeen geldt: hoe energie‑intensiever of omvangrijker een systeem, hoe meer supergeleidingstechnologie nodig is om oververhitting te voorkomen.
Ondanks de naam levert ASMC niet alleen supergeleidersystemen, maar bijvoorbeeld ook tandwielaandrijvingen voor windturbines.
Het bedrijf profiteert van meerdere groeifactoren, waaronder de trend van elektrificatie en digitalisering (inclusief AI‑datacenters), de terugkeer van productiecapaciteit naar de VS, en de noodzaak voor de marines van de Anglosfeer om te moderniseren als reactie op toenemende geopolitieke risico’s.
Bron: American Superconductor Corporation [securities_stock_price_tag symbol="AMSC" exchange="NASDAQ"]
In het segment stroomvoorziening heeft AMSC een gestage stijging in orders gezien. Dit werd gedreven door halfgeleiderfabrieken die bescherming zoeken tegen schommelingen in het elektriciteitsnet, het helpen van het net bij de intermitterende aard van hernieuwbare energie, en stroomvoorziening & besturingen op industriële locaties.
AMSC is voornamelijk actief met Electrical Control Systems (ECS) in het windturbine‑segment. Historisch gezien was ESC een sterk segment voor het bedrijf met de 2 MW‑windturbines, maar het is geleidelijk afgenomen. AMSC streeft naar een herstel dankzij het nieuwe 3 MW‑turbine‑ontwerp, met een speciale focus op de Indiase markt.
Voor militaire schepen levert ASMC de “AMSC’s High Temperature Superconductor Magnetic Mine Countermeasure”, een systeem om de magnetische signatuur van de schepen te wijzigen en ze te beschermen tegen zeemijnen. Dit wordt verkocht aan de marines van de VS, Canada en het VK, met orders ter waarde van $75 M tot nu toe.
Over het geheel genomen benut ASMC supergeleidingstechnologie het best in niche‑toepassingen die vandaag de dag levensvatbaar zijn, terwijl het waarschijnlijk klaar is om verdere vooruitgangen in de toekomst te implementeren.
Beleggers moeten ook opmerken dat het aandeel in het verleden extreme volatiliteit heeft gekend en de risico’s dienovereenkomstig moeten berekenen.
Laatste American Superconductor Corporation (AMSC) Aandelennieuws en Ontwikkelingen
Studies geraadpleegd:
1. Jiang, S., Xu, Y., Wang, R. et al.Structureel complexe fase‑engineering maakt waterstoftolerante Al‑legeringen mogelijk. Nature641, 358–364 (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08879-2
